Beschrijving maatregel
Proces/deelproces: Beperking van NOx-emissies
Beschrijving
Bij de klassieke SCR wordt het stofvrije rookgas op een temperatuur van 200-500 °C door een katalysatorbed geleid. Net zoals bij de SNCR wordt ook hier ammoniak ingezet om de stikstofoxides te verwijderen, maar de reacties verlopen dus met behulp van een katalysator (vanadium, wolfraam of molybdeen op een substraat van titaanoxide). Dit laat reductie toe op een veel lagere temperatuur: 200 à 500°C i.p.v. 900 – 1050°C. De werkingstemperatuur is grotendeels afhankelijk van het katalysatortype. Er is een trend naar de ontwikkeling van katalysatoren zonder edelmetalen die toch bij een lage werkingstemperatuur een behoorlijke reactiesnelheid halen.
In de praktijk vergt deze combinatie van voorwaarden dat de SCR geplaatst wordt net voor de schouw, en nadat het rookgas opnieuw werd opgewarmd in een warmtewisselaar (recuperatief systeem). Voor kleinschalige toepassingen wordt doorgaans een warmteherwinningssysteem met keramische bedden gebruikt (regeneratief proces).
De katalysator is aanwezig in de vorm van geëxtrudeerde blokken of in de vorm van korrels.
Een aantal SCR-katalysatoren zijn ook geschikt om CO, TOC en dioxines te oxideren. In de praktijk vergt dit dat de gemiddelde verblijftijd van het rookgas in het katalysatorbed met een factor 2 à 5 verhoogd wordt en dat m.a.w. de hoeveelheid katalysator met dezelfde factor verhoogd wordt.
Toepassingsgebied
SCR is technisch toepasbaar op een brede range aan capaciteiten en alle typen van verbrandingssytemen. Wel stelt SCR hoge eisen aan de gebruikte brandstof, m.n. lage kalium, natrium, silcaat-, halogeen- en zwavelgehalten.
De toepasbaarheid is in de praktijk beperkt door de financiële haalbaarheid; naast de SCR is ook een investering in een ontstoffing (omwille van mogelijk hoge gehalte K en Na in het stof dient er een goede ontstoffing voorafgaand te worden geplaatst) en in een warmtewisselaar of warmteregeneratie nodig.
Een SCR werkt niet efficiënt als de operationele voorwaarden en de katalysatortemperatuur frequent fluctueren buiten de gegeven temperatuursrange. Vandaar dat deze techniek moeilijk toepasbaar is op installaties die vaak opstarten/stoppen en die een schommelende belasting hebben.
De aanwezigheid van Cl, K, Na en P kan de deactivatie van de katalysator versnellen t.o.v. installaties gestookt op fossiele brandstoffen
Indien de rookgassen SO2 en/of HCl bevatten, kunnen er specifieke problemen zoals corrosie of vorming van kleverige afzettingen optreden door vorming van (NH4)2SO4 of NH4Cl. Bij SCR is de vorming van (NH4)2SO4 dominant, omdat de SCR ook een deel van de SO2 in de rookgassen oxideert tot SO3/H2SO4. Dit wordt in de praktijk vermeden door vooraf een groot deel van zure componenten zoals SO2 en/of HCl te verwijderen of brandstofspecificaties op te leggen. SCR, zonder voorafgaande ontstoffing, is hierdoor geen haalbare techniek voor installaties op vaste hernieuwbare fracties.
Deze deactivatie kan ook wat tegengehouden worden door voldoende katalysatormateriaal te voorzien. Met een overmaat aan katalysatormateriaal blijven de NOx-emissies in essentie gelijk over de levensduur van de katalysator, met nauwelijks meetbare toename van ammoniak slip als teken van deactivatie.
Onderstaande figuur toont de deactivatie in functie van de tijd en het herwinnen van activatie bij vervangen van de katalysatorlagen. Deze figuur is opgemaakt voor palmolie met een NO emissieniveau van 58 ppm (of ca. 122 mg/Nm³ bij 15% O2).
Figuur 29: Deactivatie van de katalysator in functie van de tijd en het herwinnen van de activiteit door vervanging van de katalysatorlagen (Wärtsila, 2007)
In Vlaanderen werden er al een aantal installaties gerapporteerd toegepast op een WKK met gasmotor. De ondergrens waarbij SCR moeilijk uitvoerbaar is, wordt ingeschat op 500 kWe. Wat houtgestookte installaties betreft werd één referentie teruggevonden in de range van 5-30MW.
Onderstaande tabel geeft een overzicht van de technische toepasbaarheid van deze maatregel.
|
Vaste |
Vloeibare |
Gasvormige |
Nieuw |
Bestaand |
Klein |
Middelgroot |
Groot |
|
+ |
+ |
(+) |
+ |
+ |
(+) |
+ |
+ |
Milieuvoordeel
Bij SCR worden NOx-reducties van 80 tot 95 % gerealiseerd (ANN., juni 2006), waarbij de hogere rendementen enkel haalbaar zijn voor nieuwe, grote installaties. Indien de SCR eveneens wordt uitgevoerd als een TOC- en dioxineverwijdering, worden voor deze stoffen reducties in de orde van 80-90% en voor stof tot 30% gerealiseerd.
Er is een kleine emissie van ammoniak via de rookgassen (niet gereageerd NH3 m.a.w. de ammoniakslip en diffuse emissies bij levering en opslag van het reagens).
De katalysator om de 2 à 3 jaar worden vervangen en zorgt voor een specifieke afvalstroom.
Financiële aspecten
Bij SCR liggen de investeringskosten aanzienlijk hoger dan voor SNCR. De kostprijs is sterk afhankelijk van de gebruikte biomassa; bij gasvormige en vloeibare brandstoffen zijn de technische moeilijkheden (stof, vervuiling, katalysator,…) minder groot dan bij vaste biomassa.
Verschillende bronnen en kostprijzen werden teruggevonden in de literatuur. In onderstaande paragrafen volgt een overzicht:
In de Vlaamse sectorstudie voor Chemie II (http://www.lne.be/themas/luchtverontreiniging/informatie-studies) worden investeringskosten gehanteerd van €19.750 x 175% eenmalige installatiekost per 1000Nm³rookgas per uur (middelgrote installaties).
De Vlaamse sectorstudie – Chemie III (http://www.lne.be/themas/luchtverontreiniging/informatie-studies) vermeldt volgende kostprijzen:
- 0,1 MWth: €25.000
- 1 MWth: € 150.000
- 10 MWth : € 850.000
Bij WKK motoren worden kosten aangegeven voor gegeven vermogen in kWth (ppo input[1]) (Derden et al, 2005):
300 kWth: 18.000 euro
2000 kWth 94.000 euro
3000 kWth 115.000 euro
5500 kWth 168.000 euro
8000 kWth 223.000 euro
Cogen Vlaanderen (pers. communicatie 2008) hanteert volgende kostprijzen voor installaties bij een gegeven vermogen in kWth (ppo input):
595kWth input: 59.700 euro
730 kWth input 64.000 euro
1021 kWth input 76.500 euro
1370 kWth input 76.500 euro
1867 kWth input 82.500 euro
2809 kWth input: 125.000 euro
3987 kWth input 156.500 euro
5818 kWth input 200.000 euro
8714 kWth input 295.000 euro
11636 kWth input 400.000 euro
De operationele kosten bedragen (uit Vlaamse sectorstudies 2002-2004):
- 0,5 – 2% van het elektrisch vermogen
- verbruik NH3-oplossing: 370-450 kg NH3 per ton NOx aan 150 €/ton
- vervanging van de katalysator (gemiddeld om de vijf jaar) bedraagt ca 10ù van de investeringskost
Vlaamse sectorstudie – chemie II (http://www.lne.be/themas/luchtverontreiniging/informatie-studies - Chemie II 2004) vermelden een totale werkingskost van 2250 € per ton NOx verwijderd.
Voor grootschalige houtverbranding werden overall werkingskosten van 600-1500 euro/ton NOx verwijderd teruggevonden.
[1] Voor omrekening van kWth input naar nominaal thermisch vermogen (kWth) wordt gemiddeld een rendement van 45% gehanteerd